Home - Rasfoiesc.com
Educatie Sanatate Inginerie Business Familie Hobby Legal
Meseria se fura, ingineria se invata. Telecomunicatii, comunicatiile la distanta, Retele de, telefonie, VOIP, TV, satelit


Aeronautica Comunicatii Constructii Electronica Navigatie Pompieri
Tehnica mecanica

Electronica


Index » inginerie » Electronica
CONSIDERATII GENERALE ASUPRA TIRISTOARELOR


CONSIDERATII GENERALE ASUPRA TIRISTOARELOR




CONSIDERATII GENERALE ASUPRA TIRISTOARELOR

Denumirea generica de "tiristor" este atribuita unei clase diversificate de dispozitive semiconductoare de putere , avand ca trasaturi comune similaritatile structurale interne si forma caracteristicii statice curent I -- tensiune V (fig. 1)




Structura de baza a familiei de tiris-

toare (fig. 1.) este constituita din doua

straturi semiconductoare de tip p si doua

straturi de tip n, alternate intre ele

(p1, n1, p2 , n2 ), care delimiteaza trei jonc-

tiuni pn (J1 ,J2 ,J3). Terminalul extern

conectatla startul p1se numeste anod

(A), iar electrodul de contact al stratului

n2 este terminalul de "catod" (K). Struc-

tura de baza ( p1 n1 p2 n2) cu doua terminale

de contact (anodAsicatodK) poarta

denumirea de "dioda Shockley". Schema

echivalenta simplificata a structurii pnpn

utilizata frecvent in modele unidimensionale
Fig. 1. (a) Structura de baza pnpnde prim ordin , este formata din doua tran-

a dispozitivelor din familia tiristoarelor,zistoare bipolare complementare: p1 n1 p2 si

avand doua straturi semiconductoare de n1 p2 n2 (fig. 1-b). Stratul de anod p1 constitue

tippsidoua de tip n, aternate intre ele emitorul tanzistorului p1 n1 p2 , iar stratul de

trei jonctiuni (J1, J2, J3) si doua terminale catod n2 este emitorul tranzistorului n2 p2 n1.





de contact (dioda Shockley) ;Tranzistoarele pnp si npn , componente ale

(b) Echivalarea strcturii pnpn cu structurii pnpn ,se caracterizeaza prin factorii

doua tranzistoare bipolare complementarede castig in curent αpnp, respectiv αnpn, ale

(pnp, respective npn).caror valori sunt dictate in principal de

parametrii bazelor n1 si p2.

Majoritatea dispozitivelor apartinand familiei de "tiristoare" sunt derivate ale structurii pnpn din figura 1-a. Cel mai cunoscut si raspandit dispozitiv din aceasta familie, denumit in continuare "tiristor conventional" (fig.2-a), poseda un electrod suplimentar conectat la stratul (baza) p2, denumit "poarta" (G = gate). Acest electrod de comanda este utilizat pentru amorsarea controlata a tiristoarelor prin intermediul semnalelor pozitive aplicate intre terminalele GsiK. In cazul general (figura2-b), atat stratul (baza) n1 , cat sistratul (baza) p2 , pot fi accesibile din exterior via electrodul de comanda aferent. Intr-un dispozitiv pnpn cu patru terminale, electrodul G1 se numeste "poarta de catod" , iar G2 - "poarta de anod".

Fig. 2. (a) Structura si simbolul unui tiristor conventional cu contact pe poarta (G) atasat bazei p2

(b) Configuratia si simbolul unui tiristor cu terminale de contact atasate fiecarui strat semiconductor

Fig. 3. Caracteristica statica curent (I) - tensiune (V) a unui dispozitiv semiconductor cu structura pnpn la polarizarea sa in direct si in invers.

Dispozitivele cu structura pnpn sunt realizate in prezent din siliciu (Si). Straturile p si n sunt obtinute prin doparea siliciului cu impuritati acceptoare, respectiv donare.

Caracteristica statica I-V (curent-tensiune) a structurii pnpn (cu sau fara electrozi de poarta) are forma tipica din figura 3. La polarizarea in direct a structurii pnpn (prin conventie: "+" pe anod si "-" pe catod), comportamentul dispozitivului este reflectat de caracteristica I-V din candranul I . Aceasta portiune a caracteristicii I-V are formalitrei S , tipica pentru dispozitivele care prezinta o regiune de functionare cu rezistenta diferentiala negativa (dV/d I < 0) [1] - [10]. Pe portiunea 0 - 1 a caracteristicii I -V, dispozitivul blocheaza tensiunea aplicata, prezentand o rezistenta de circuit de valoare mare. In aceasta stare, denumita de "blocare in direct"("Forward OFF-State" sau "Forward Blocking State"),sructura pnpn este strabatuta de curentul residual ID , avand o valuare extrem de redusa. Regiunea 0-1 din figura 3 este similara caracteristicii I-V a unei diode redresoare, polarizate in invers(fig.4). Daca tensiunea pozitiva aplicata pe anod egaleaza valoarea tensiunii de strapungere in direct VF BO ("Forward Break-Over Voltage"), multiplicarea in avalansa a purtatorilor din structura pnpn declansaza procesul regenerativ de tranzitie a dispozitivului din starea de blocare in direct ("OFF") in starea de conductie directa ("ON-State" sau "Forward Conduction").Ca urmare a procesului regenerativ mentionat , punctul de functionare al dispozitivului tranziteaza rapid prin regiunea1-2 de rezistenta diferentiala negativa (dV/dI < 0), stabilindu-se apoi in zona 2-3 a caracteristicii I-V , corespunzatoare conductiei in direct ("ON").




Fig.4. Caracteristica statica curent (I) - tensiune (V) a unei diode redresoare (p+ n sau n+ p) la polarizarea acesteia in direct si in invers.

Curentul anodic prin dispozitiv in starea "ON" este limitat doar de valoarea rezistorului extern RA . Pe portiunea 2-3a caracteristicii I-V ,dispozitivele pnpn au un comportament similar celui al unei dioade redresoare, aflate in conductie directa( figurile 3 si 4). La densitati uzuale ale curentului in direct pentru dispozitivele de putere cu structura pnpn (~ 100 A/cm2), caderea de tensiune intre anod si catod este de VTM = 1. . . 2 V(fig.5). Densitatea tipica a curentului anodic(jT ~ 100 A/cm2) corespunde , de regula, curentului mediu in starea de conductie directa IT(AV), adica valorii medii a curentului in starea "ON" pe o perioada completa de functionare ("Average ON-state current").

Pentru mentinerea tiristoarelor in conductie directa ("ON") este necesar sa se asigure un curent anodic prin structura pnpn de valoare superioara parametrului de catalog denumit "curentul de mentinere" IH ("holding current"). In acest scop, dreapta de sarcina, determinata de valoarea rezistorului extern RA, trebuie sa intersecteze ramura de conductie in direct a caracteristicii I-V deasupra punctului de coordonata IH (fig.6). In cazul plasarii incorecte a dreptei de sarcina, dispozitivul nu poate fi mentinut in starea de conductie si revine automat in starea de blocare in direct("OFF").

Caracteristica I-V a dispozitivelor pnpn blocate in invers ("+" pe catod, "-" pe anod, fig.3) reflecta un comportament identic cu cel al diodelor redresoare , polarizate in invers (fig.4.). In starea de "blocare in invers" ("Reverse OFF-State" sau "Reverse Blocking State"), un tiristor este strabatut de la catod la anod de curenul rezidual(invers) IR,avand o valoare redusa(fig.3.)

Fig. 5. Caracteristicile curent-tensiune in

conductie directa ale tiristorului T250N

la doua valori tipice ale temperaturii jonc-

tiunii Tv1. Densitatea curentului in direct

prin dispozitiv la valoarea nominala a

acestuia (IT(AV) =250 A) este aproximativ 100 A/cm2


Fig. 6. Ilustrarea modalitatii de plasare corecta a dreptei de sarcina pe caracteristica I-V a unui dispozitiv cu structura pnpn in vederea asigurarii mentinerii acestuia in starea de conductie in direct.

Rezistenta de circuit ROFF prezentata de structura pnpn (raportul dintre tensiunea inversa aplicata VR si curentul rezidual IR) are o valoare foarte mare (de ordinul MΩ). Atunci cand tensiunea inversa aplicata pe un dispozitiv pnpn atinge valoarea tensiunii sale maxime de blocare in invers (VRM), curentul rezidual prin dispozitiv creste foarte rapid. Cresterea pronuntata a curentului IR-in coditiile aplicarii tensiunilor inverse de valori mari (aproximativ VRM) - determina disipari mari de putere, conducand in final la distrugerea tiristoarelor.

Amorsarea dispozitivelor pnpn prin aplicarea in direct a tensiunilor VAK=VFBO(fig.3) este caracteristica pentru dioda Shockley (fig.1-a). In cazul tiristoarelor (fig.2-a), avand un terminal de comanda (poarta G), amorsarea prin "breakover" constituie o modalitate de aprindere parazita si poate determina distrugerea dispozitivelor.

Amorsarea tiristoarelor se efectueaza prin aplicarea pe poarta a semnalelor pozitive de comanda (fata de catod). Semnalul aplicat pe poarta poate fi analogic (semnul continuu, semialternanta pozitiva a unui semnal sinusoidal), si discret sau discontinuu (impulsuri). Atacul circuitului de poarta poate fi efectuat in curent sau tensiune. Aplicarea pe poarta a semnalelor de amplitudine crescand permite amorsarea tiristoarelor la valori din ce in ce mai reduse ale tensiunii de blocare in direct VD. Aceasta proprietate a tiristoarelor este ilustrata calitativ in figura 7, pentru cateva valori ale curentului IGF. Familia caracteristicilor de iesire (I-V) indica proportionalitatea inversa intre valoarea curentului de comanda pe poarta (IGF) si tensiunea de blocare in direct (VD), la care sunt operate tiristoarele (fig.7). Valorile minime ale curentului continuu (IGT) si tensiunii continue (VGT), care asigura amorsarea pe poarta a tiristoarelor, se determina la tensiunea minima anod-catod (VAK=VD=12 V,vezi figura 8.) In aceste conditii, se obtin valorile maxime ale parametrilor IGT si VGT la temperatura constanta a jonctiunii Tvj. Valorile tipice ale curentului IGT sunt de ordinul sutelor de miliamperi, iar ale tensiunii VGT- de 0,7 V. . . 1,0 V la Tvj = 25C.

Fig. 7. Caracteristica statica curent (I) - tensiune (V)Fig. 8. Configuratie de masura a curentului

a unui tiristor conventional polarizat in direct pentruminim (IGT) si tensiunii minime (VGT) necesare

cateva valori ale curentului pozitiv IGP aplicat peamorsarii unui tiristor conventional cu semnal

poarta dispozitivului in vederea amorsarii sale.continuu aplicat pe poarta.







Politica de confidentialitate


Copyright © 2019 - Toate drepturile rezervate

Electronica




Proiectarea asistata a placilor de circuit imprimat (PCB)
ACTIONARI ELECTRICE DE CURENT CONTINUU - Elemente de Proiectare
Implicatiile fenomenului de propagare a semnalului prin divizor
Proiect la I.I.E. - Calcularea Transformatorului de alimentare, Realizarea Cablajului
Variatoare de tensiune alternativa
Divizorul de tensiune capacitiv
Nesimetrii ale tensiunii
Specificatia transformatorului si a masinilor electrice rotative
Max 6675
CONSIDERATII GENERALE ASUPRA TIRISTOARELOR